(57)【要約】【課題】  故障の発生した箇所を確実に特定できるようにし、これにより誤動作を防止し得る継電器を提供すること。【解決手段】  実施形態によれば、回路選択型の継電器は、平行して運用される複数の送電線を備える送電システムに用いられる。継電器は、入力部、補正部、差電流算出部、比率値算出部、比率補正差電流算出部、および、判定部を具備する。入力部は、送電線の電流および分岐点電圧を取り込む。補正部は、取り込んだ電流から送電線ごとに定数比率を補正する。差電流算出部は、補正された定数比率に基づいて差電流を算出する。比率値算出部は、送電線の相互の電流から比率値を算出する。比率補正差電流算出部は、算出された差電流と比率値とに基づいて比率補正差電流を算出する。判定部は、算出された比率補正差電流から送電線の故障回線を選択する。【選択図】  図５
2013198355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行して運用される複数の送電線を備える送電システムに用いられる回路選択型の継電器において、
前記送電線の電流および分岐点電圧を取り込む入力部と、
前記取り込んだ電流から前記送電線ごとに定数比率を補正する補正部と、
前記補正された定数比率に基づいて差電流を算出する差電流算出部と、
前記送電線の相互の電流から比率値を算出する比率値算出部と、
前記算出された差電流と比率値とに基づいて比率補正差電流を算出する比率補正差電流算出部と、
前記算出された比率補正差電流から前記送電線の故障回線を選択する判定部とを具備する、継電器。
【請求項２】
平行して運用される複数の送電線を備える送電システムに用いられる回路選択型の継電器の制御方法において、
前記送電線の電流および分岐点電圧を取り込み、
前記取り込んだ電流から前記送電線ごとに定数比率を補正し、
前記補正された定数比率に基づいて差電流を算出し、
前記送電線の相互の電流から比率値を算出し、
前記算出された差電流と比率値とに基づいて比率補正差電流を算出し、
前記算出された比率補正差電流から前記送電線の故障回線を選択する、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、平行二回線運用される送電システムに適用可能な継電器およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
平行運用される複数の送電線を備える送電システムが知られている。この種の並行二回線受電システムでは故障発生時の配電ルート変更のため、故障回線選択継電器（以下、回路選択継電器と称する）を設けることが従来から行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３０８０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回路選択継電器は、故障発生時に各送電線を流れる電流の差電流と、差電流インピーダンスを検出することで故障の発生箇所を特定できるようになっている。しかしながら差電流および差電流インピーダンスは各送電線の線路定数の比に敏感に影響されるので、線路間の線路定数を厳密に均等にする必要がある。しかしながら現実のシステムでは線路定数を厳密なレベルで一致するまで合わせこむことは難しく、故障箇所の誤検出や、遮断機への誤ったトリップ指令の発出などの不要動作をもたらす危険があることから、対処が望まれている。  
目的は、故障の発生した箇所を確実に特定できるようにし、これにより誤動作を防止し得る継電器およびその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、回路選択型の継電器は、平行して運用される複数の送電線を備える送電システムに用いられる。継電器は、入力部、補正部、差電流算出部、比率値算出部、比率補正差電流算出部、および、判定部を具備する。入力部は、送電線の電流および分岐点電圧を取り込む。補正部は、取り込んだ電流から送電線ごとに定数比率を補正する。差電流算出部は、補正された定数比率に基づいて差電流を算出する。比率値算出部は、送電線の相互の電流から比率値を算出する。比率補正差電流算出部は、算出された差電流と比率値とに基づいて比率補正差電流を算出する。判定部は、算出された比率補正差電流から送電線の故障回線を選択する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】平行二回線運用される送電システムの一例を示す図である。
【図２】図１に示される送電システムの詳細を示す図である。
【図３】図２において送電線１に故障を生じたケースでの電流分布の一例を示す図である。
【図４】差電流インピーダンスＺｄと線路定数比ｋとの関係を送電線の外部故障について説明するための図である。
【図５】実施形態に係る回路選択継電器ＳＲＡ，ＳＲＢの一例を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、平行二回線運用される送電システムの一例を示す図である。図１において、変電所Ａｓｓ，Ｂｓｓは並行して敷設される送電線１，２を介して接続される。送電線１はその両端に遮断機１Ａ，１Ｂを備え、送電線２はその両端に遮断機２Ａ，２Ｂを備える。以下、変電所Ａｓｓ側の機器に添え字Ａを付し、変電所Ｂｓｓ側の機器に添え字Ｂを付して示す。送電線１の送電線定数はｋ１Ｚで示され、送電線２の送電線定数はｋ２Ｚで示されるとする。実施形態では変電所Ａｓｓからの送電線全長に対する位置の比ｄにより故障点の位置を示す。つまりｄは故障点位置と送電区間長比率を示す。
【０００８】
図２は、図１に示される送電システムの詳細を示す図である。実施形態においては図２中の回路選択継電器ＳＲＡ，ＳＲＢに特徴を有するものであるが、その詳細は後述の図５に示す。図２において送電線１は遮断機１Ａ，１Ｂよりも線路中央寄りに変流器ＣＴ１Ａ、変流器ＣＴ１Ｂを備える。送電線２も同様に、遮断機２Ａ，２Ｂよりも線路中央寄りに変流器ＣＴ２Ａ、変流器ＣＴ２Ｂを備える。
【０００９】
送電線１，２相互の同一相変流器ＣＴ１Ａ，ＣＴ２Ａの二次側を交差接続することにより、変電所Ａｓｓ側の送電線電流Ｉ１Ａ，Ｉ２Ａの差電流ＩｄＡが生じる、この差電流ＩｄＡは回路選択継電器ＳＲＡに取込まれる。回路選択継電器ＳＲＡは、変電所Ａｓｓの母線に接続した計器用変圧器ＶＴＡの二次側から、送電線相互の分岐点電圧ＶＡを取り込む。回線選択継電器ＳＲＡは差電流ＩｄＡと分岐点電圧ＶＡとから差電流インピーダンスＺｄを算出し、その値と方向から送電線の故障箇所を判定する。
【００１０】
変電所Ｂｓｓ側においても同様に、送電線１，２相互の同一相変流器ＣＴ１Ｂ，ＣＴ２Ｂの二次側を交差接続することにより、変電所Ｂｓｓ側の送電線電流Ｉ１Ｂ，Ｉ２Ｂの差電流ＩｄＢが生じる、この差電流ＩｄＢは回路選択継電器ＳＲＢに取込まれる。回路選択継電器ＳＲＢは、変電所Ｂｓｓの母線に接続した計器用変圧器ＶＴＢの二次側から、送電線相互の分岐点電圧ＶＢを取り込む。回線選択継電器ＳＲＢは差電流ＩｄＢと分岐点電圧ＶＢとから差電流インピーダンスＺｄを算出し、その値と方向から送電線の故障箇所を判定する。
【００１１】
図３は、図２において送電線１に故障を生じたケースでの電流分布の一例を示す図である。以下、図３および図４を用いて既存の技術における作用を補足的に説明する。図３の変電所Ａｓｓから流れる故障電流ＩＡは、Ａ母線から送電線１の故障点に流れる電流Ｉ１Ａと、健全側の送電線２を迂回して故障点に流れる電流Ｉ２Ａとに分流する。ＩＡは送電線１の故障点に応じた電流値をとる。変電所Ｂｓｓ側の故障電流ＩＢも同様に、Ｂ母線から送電線１に流れる電流Ｉ１Ｂと、送電線２を迂回して故障点に流れる電流Ｉ２Ｂに分流する。
【００１２】
以上から変電所Ａｓｓの回路選択継電器ＳＲＡ、および変電所Ｂｓｓの回路選択継電器ＳＲＢは式（１），（２）で算出される差電流ＩｄＡ，ＩｄＢを取り込むことになる。  
【数１】
2013198355.tif 000003
【００１３】
式（１），（２）において、簡略のため送電線１，２以外のインピーダンスを無視し、送電線１と送電線２の線路定数Ｚ１，Ｚ２を均等とすると、故障点に応じた電流分布と差電流は表１のようになる。
【表１】
2013198355.tif 000004
【００１４】
表１から分かるように、送電線を通過して外部へ流れる電流（Ｂｓｓ構内）は送電線１，２で相互に同方向かつ均等に分流するので差電流Ｉｄは相殺される。送電線内部に漏れる電流は送電線１，２の差分として抽出される。
【００１５】
また、変電所Ａｓｓ，Ｂｓｓ近端の送電線故障では、遠端ｓｓは故障電流が極限的に減少するので差電流は生じないが、近端側ｓｓが故障側の送電線を選択開放すると、遠端ｓｓ側の故障電流と健全回線を迂回する近端側ｓｓの故障電流とが遠端ｓｓ故障側の送電線に流れる。つまり、近端ｓｓの故障送電線の開放後、連続して遠端ｓｓ側で故障送電線が検出される。
【００１６】
このように、送電線を通過して外部へ流れる電流は相互の送電線を同方向かつ均等に通過するので差電流Ｉｄは生じない。一方、送電線に漏れる電流は一方側に編位するか、相互の送電線を逆向きの電流となって迂回するので、差電流インピーダンスＺｄが送電線の故障インピーダンスとして検出される。
【００１７】
図４は、差電流インピーダンスＺｄと線路定数比ｋとの関係を送電線の外部故障について説明するための図である。差電流インピーダンスＺｄは既存の回路選択継電器ＳＲにより検出される差電流Ｉｄと、送電線分岐電圧Ｖとから算出される。説明を簡単にするため、図４に示される系統での運用と回路定数を１）〜７）のように定義する。  
１）  Ａｓｓを電源端、Ｂｓｓを負荷端とする。  
２）  Ａｓｓ上位の電源インピーダンスをＺｐとする。  
３）  送電線１と送電線２の線路定数Ｚ１，Ｚ２の和を２Ｚとする。  
４）  送電線１の送電線２に対する線路定数比をｋとする。  
５）  ｄｆは送電線１のＡｓｓ端を起点とする故障点比率で、送電線１と送電線２の総和線路長１ＰＵに対する比率であり、送電線１，２相互の線路長は均等とする。  
６）  故障点ｄｆ＝０．５は送電線外部のＢｓｓ構内故障を意味するとする。  
７）  Ｚｆを故障インピーダンスとする。  
以上の定義において、送電線外部（ｄｆ＝０．５）の故障時には、故障電流Ｉｆについて式（３）が成り立ち、Ａｓｓ側の回路選択継電器ＳＲＡについては式（４）〜（６）が成り立ち、Ｂｓｓ側の回路選択継電器ＳＲＢについては式（７）〜（９）が成り立つ。
【数２】
2013198355.tif 000005
【００１８】
式（６）、式（７）および式（９）によれば、既存の回路選択継電器ＳＲが検出する差電流Ｉｄ及び差電流インピーダンスＺｄは線路定数比ｋに大きく影響されることが分かる。送電線１，２の線路定数が均等（ｋ＝１）であれば原理的に、Ｂｓｓ構内故障では差電流Ｉｄは生じない。また差電流インピーダンスＺｄは極限値として算出されるが、送電線１，２相互の線路定数比の差が拡大するほど構内故障の回路選択継電器ＳＲの差電流Ｉｄは増加し、差電流インピーダンスＺｄは低下する。これは故障箇所の誤検出を招き、遮断機への誤ったトリップ指令の発出などの不要動作をもたらす危険がある。
【００１９】
つまり線路定数の異なる送電線を平行運用する系統では既存の方式を適用する事はできない。実施形態では以上の不具合を解決して故障の発生した箇所を確実に特定できるようにし、誤動作を防止し得る継電器およびその切り換え制御方法を開示する。
【００２０】
図５は、実施形態に係る回路選択継電器ＳＲＡの一例を示す機能ブロック図である。回路選択継電器ＳＲＢも同様である。回路選択継電器ＳＲＡは、入力部１０、補正部２０、差電流算出部３０、差電流比率値算出部４０、差電流判定量算出部５０、および、判定部６０を備える。
【００２１】
入力部１０は、変流器ＣＴ１Ａ，ＣＴ２Ａの二次電流（Ｉ１、Ｉ２）および分岐点電圧Ｖを取り込む。補正部２０は入力電流（Ｉ１、Ｉ２）の送電線通過成分を基準定数（Ｚ）に対するそれぞれの送電線定数比（ｋ１、ｋ２）から補正した電流（Ｉｋ１、Ｉｋ２）を、式（１０）、式（１１）に基づいて算出する。  
【数３】
2013198355.tif 000006
【００２２】
差電流算出部３０は、補正部２０で算出した定数比率補正後の電流（Ｉｋ１、Ｉｋ２）から式（１２）、式（１３）に基づいて送電線相互の差電流を算出する。  
【数４】
2013198355.tif 000007
【００２３】
差電流比率値算出部４０は、式（１４）に基づいて定数比率補正電流の差電流比率値（ｄＩ％）を算出する。  
【数５】
2013198355.tif 000008
【００２４】
差電流判定量算出部５０は、差電流算出部３０で算出された差電流（ｄＩ１、ｄＩ２）と、差電流比率値算出部４０で算出された差電流比率値（ｄＩ％）とから、式（１５）、（１６）に基づいて差電流判定量（σｄＩ１、σｄＩ２）を算出する。  
【数６】
2013198355.tif 000009
【００２５】
【数７】
2013198355.tif 000010
【００２６】
判定部６０は式（１７）、（１８）に基づいて、分岐点電圧（ＶＡ、ＶＢ）、差電流判定量（σｄｌ１、σｄｌ２）および回路選択継電器の整定感度角（φ）から算出される動作感度量と、動作量（ｋｄｌ）との比較により故障回線を判定する。整定感度角（φ）および動作量（ｋｄｌ）は予め整定される。そして判定部６０は、判定の結果に基づいて送電線の故障回線を選択し、選択した故障回線の遮断機にトリップ指令を出力する。
【００２７】
上記構成によれば、送電線１，２に流れる電流を取り込み、取り込んだ電流値に送電線１，２のそれぞれの定数比率を乗じることで、電流値を電圧に等価な値に補正するようにしている。従って送電線１，２を流れて外部に通過する電流の差分は、送電線定数比により補正され相殺されることになる。既存の構成では定数比により差電流が生じてしまうことになる。
【００２８】
定数比率補正後の電流から送電線１，２の差電流と差電流比率値を算出するが、この効果により送電線の外部故障を確実に選択することができる。つまり、送電線１，２相互を通過する電流位相に対して、送電線漏れ電流は双方が逆相になり、外部漏れ電流では同相になる。
【００２９】
実施形態における式（１２）〜（１８）を用いて、故障点における送電線１に流れる電流と故障回線の判定について表２を用いて説明する。  
【表２】
2013198355.tif 000011
【００３０】
外部故障（Ｂｓｓ構内）では、通過電流は相互の送電線定数比ｋ１、ｋ２に応じて分流するので、定数比によって送電線相互に差電流が生じると故障を誤検出する虞がある。これに対し数式（１２）、（１３）で算出される値は電圧に等価の電流値であるので互いに相殺され、比率値も０となる。従って差電流は生じないので故障が検出されることもない。既存の手法では、送電線１，２に相互に定数差があると差電流が生じるが、実施形態にかかる手法によれば定数差があっても差電流は０に相殺する。これは本実施形態に特有の効果である。
【００３１】
送電線１側の送電線近端故障（ｄ＝０．０）の場合、健全回線は故障電流が極限的に減少するので電流は流れず、ＡＳＳ電源側から故障点に流れる電流は全電流ＩＡが流れる。よって式（１２）、（１３）から差電流ｄＩ１は２ＩＡとなり、ｄＩ２は極性が１８０°反転するので、−２ＩＡとなる。よって故障回線側（送電線１）は差電流判定量ｋｄｌを上回り、判定部６０は送電線の開放指令を出力する。
【００３２】
送電線１側の構内事故（ｄ＝０．５）の場合、式（１２）、（１３）から、送電線１側の漏れ電流は送電線２側より如実に大きくなり、送電線２側は極性が逆となるので、差分が確実に出る。また、式（１４）により算出した送電線漏れ電流比を乗ずることで、誤検出なく確実に構内故障時には事故回線を選択することが出来る。
【００３３】
外部事故（ｄ＝１．０）の場合、式（１２）、（１３）は０となり外部漏れ電流が相殺される。式（１４）では外部漏れ電流では０にする係数を算出し、外部漏れ電流成分を圧縮した比率差電流を算出することで、外部故障時には確実に検出しない。
【００３４】
故障回線は、式（１０）〜（１６）で検出した故障回線に方向動作量を考慮した式（１７）、（１８）を用いて判定することができる。θ１、θ２は、故障電圧と比率差電流との位相を示し、φは方向動作量判定における最大感度角である。判定部６０は判定基準ｋｄｌを超過した送電線に開放指令を出力する。
【００３５】
表１に示される結果は送電線相互の定数比が同じ場合の結果を示すが、表２に示される結果は送電線相互の定数比が異なる場合でも、表１と同様の結果を得られることを示す。つまり実施形態によれば、送電線の相互の定数比が異なる場合でも確実に故障判定を行えることがわかる。
【００３６】
以上説明したようにこの実施形態では、線路定数が均等しない送電線の平行運用及び、方向距離継検出方式の検出が困難とされる短い距離長の送電システムにおいて、送電線相互の電流比率に基づいて故障を検出するようにしている。これにより送電線の両端においてそれぞれ独立して送電線の故障を検出することが可能となり、変電所Ａｓｓ、Ｂｓｓ間で電気情報や保護情報を授受するための通信手段を別途設ける必要もない。従って経済的な保護方式を実現できる。さらに実施形態では二回線を例として説明したが、三回線以上の送電システムにおいても実施形態で述べた原理を適用することは可能であり、本発明は幅広い系統において適用する事が可能である。これらのことから、故障の発生した箇所を確実に特定できるようになり、これにより誤動作を防止し得る継電器およびその制御方法を提供することが可能となる。
【００３７】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示するものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
１，２…送電線、Ａｓｓ，Ｂｓｓ…変電所、１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ…遮断機、ＣＴ１Ａ，ＣＴ１Ｂ，ＣＴ２Ａ，ＣＴ２Ｂ…変流器、ＳＲＡ，ＳＲＢ…回路選択継電器、ＶＴＡ，ＶＴＢ…計器用変圧器、１０…入力部、２０…補正部、３０…差電流算出部、４０…差電流比率値算出部、５０…差電流判定量算出部、６０…判定部
【図１】
2013198355.tif 000012
【図２】
2013198355.tif 000013
【図３】
2013198355.tif 000014
【図４】
2013198355.tif 000015
【図５】
2013198355.tif 000016